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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
现代航空发动机叶盘结构叶片通常具有一致的设计特征，但实际叶盘结构的振动响应对叶片物理参数的微量改变非常敏感，因而源于制造误差和使用磨损等因素造成的所谓“失谐”能显著增大叶盘结构的共振振动应力，造成叶盘结构的振动局部化题目，进而导致燃气轮机的高周疲劳失效。为控制叶盘结构失谐有害现象，研究失谐对叶盘结构振动的影响，设计具有失谐鲁棒性能的叶盘结构极具意义。因此，本文主要研究不确定参数对线性及非线性叶盘结构振动特性影响的方法，利用优化设计方法消除失谐的消极影响，并通过实验验证理论方法与现象。为分析失谐叶盘结构最坏情形模态局部化和响应局部化，提出了确定失谐叶盘结构模态局部化和响应局部化最坏失谐模式的通用方法，运用这些方法研究了失谐叶盘结构最坏情形模态局部化和响应局部化的振动特性。在模态局部化方面，考虑到失谐叶盘结构振动模态局部化的特性，提出了运用遗传算法全局搜索和序列二次规划方法局部寻优的组合非线性优化算法确定失谐叶盘结模态局部化最坏失谐模式的方法。通过典型两自由度集中参数模型数值算例验证方法的有效性，此外，依据最坏情形局部化模态的最大模态幅植还定义了模态局部化因子以评价失谐叶盘结构模态局部化的程度。在强迫响应局部化方面，将确定失谐叶盘结构强迫响应最大位移幅值及其最坏失谐模式的题目同样描述为非线性优化题目。为验证方法分析了两种两自由度集中参数模型和两个三自由度集中参数模型及其相应的耦合两级叶盘集中参数模型等数值算例，数值结果揭示了失谐跳变-局部化现象，通过算例说明在失谐跳变的叶片位置，叶片出现了强烈的振动响应局部化，构建了与振动响应局部化直接关联的表达因素。分析了两自由度和三自由度叶盘集中参数模型的失谐敏感度曲线，研究表明，随着失谐强度的增加，失谐叶片最大的幅值放大系数逐渐增大，并在失谐强度上界处取得极值，并没有所谓的失谐“阈值”现象。通过比较多级叶盘结构与相应单级叶盘结构最大失谐幅值放大系数分析了级间耦合的影响，而与Monte Carlo方法比较则说明本文方法在精度和效率优于Monte Carlo方法。此外，还研究了不同阶次激励作用下有无哥氏力时对叶盘结构振动的影响。为降低与失谐叶盘结构最坏失谐模式对应的最坏情形叶片振动幅值，研究了利用人为失谐来提高叶盘结构对随机失谐鲁棒性能的方法，提出了考虑随机失谐影响的人为失谐模式两层优化方案。在两层优化题目中，外层优化旨在从所有的可行设计中选取最优设计，而内层优化则通过求解最不利的结构响应来判断当前设计点的可行性。通过分析单自由度集中参数模型数值算例结果验证了设计的最优人为失谐模式的可行性和有效性，人为失谐模式仅使用A/B两种类型的叶片，外层优化运用和声搜索算法优化得到A/B类型叶片最佳组合人为失谐模式，内层优化则运用GA-SQP混合算法确定叶盘结构最坏情形强迫响应，数值结果表明，与谐调系统相比最优人为失谐模式显著降低了失谐叶盘结构的振动响应。运用基于谐波平衡法(Harmonic Balance Method，简称HBM)以及连续延拓方法(Asymptotic Numerical Method，简称ANM)和HILL稳定性分析方法的综合方法HBM-ANM-HILL研究了几何非线性叶盘结构的自由和强迫响应特性。由于解析方法具有能定量分析各种参数对系统振动影响的优点，所以运用具有解析表达能力的同伦分析方法推导了单个叶片集中参数模型非线性叶盘系统自由振动响应解析表达式，并证明了Neumann展开式。考虑到解析方法推导求解多自由度复杂非线性叶盘结构振动题目的复杂性和能力，将具有半解析半数值特性的HBM-ANM-HILL方法应用于连续跟踪几何非线性叶盘结构的自由和强迫响应周期解，研究了失谐和几何非线性对非线性叶盘结构动力学特性的交互影响，分析了几种不同失谐模式的非线性叶盘结构的非线性模态和不同阶次激励作用下系统非线性强迫响应特性。鉴于HBM-ANM-HILL方法不能分析各种影响参数同时变化时对非线性结构系统振动极值的影响，因而为研究各种参数对非线性结构动力学特性的影响，提出了通过数值优化方法求解非线性结构系统动力学振动极值的一般框架和用于研究非线性叶盘结构振动特性的四种具体方法。在此框架内，将表征系统的基因以及结构系统动力学影响参数设置为优化变量，以表征系统的基因变量构成的代数方程组为非线性等式约束方程，将系统稳定性分析列为非线性不等式约束方程，以非线性结构系统动力学极值为目标函数，基于以序列二次规划方法为局部搜索算法的全局搜索数值优化算法GlobalSearch或MultiStart求解系统的振动极值。在本文提出的通过数值优化方法求解非线性结构系统动力学振动极值的一般框架基础上，具体提出了基于时域直接打靶方法和状态转移矩阵稳定性方法，高维谐波平衡方法和HILL稳定性分析方法，描述函数方法，混合时频转化谐波平衡方法等四种方法，通过多种类型典型数值算例说明本文提出方法的求解正确和高效并将这些方法应用于分析几何非线性叶盘结构与干摩擦阻尼叶盘结构的结构动力学特性。数值结果表明本文提出的方法用于研究非线性结构参数影响时在精度，速度及潜力方面的能力，这种特性可用于分析设计参数不确定时对结构强迫响应水平的影响及鲁棒性能。为验证确定失谐叶盘结构最坏失谐模式的方法及现象，基于整体叶盘结构失谐振动题目的实验系统进行了失谐振动试验。首先对具有12个叶片的整体叶盘实验件，利用SISO测量方法实验测量了模态局部化最坏失谐模式的局部化模态，并与有限元方法得到的模态进行了比较，结果表明实验模态与有限元模态具有较好相关性。在叶盘试验件强迫响应实验方面，运用确定强迫响应局部化最坏失谐模式的方法分析了叶盘结构不同阶次激励作用下强迫响应局部化的最坏失谐模式，利用光学测量系统测量了叶盘试验件5和6阶次激励最坏失谐模式的强迫响应，实验结果用于验证数值预测的叶盘结构强迫响应特性，实验结果与理论有限元分析数据取得较好的一致性。 |
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发表于 2022-8-27 17:15:42
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